无变压器光伏并网逆变器

1、无变压器光伏并网逆变器无变压器光伏并网逆变器目录目录 无变压器光伏逆变器介绍无变压器光伏逆变器介绍2 Z Z源逆变器的特点源逆变器的特点3 共模电流的问题共模电流的问题1 最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPTMPPT）45 5 无变压器光伏逆变器介绍无变压器光伏逆变器介绍 传统的光伏并网逆变器在交流侧装有变压器，起到升压的作用，将主电路与电网隔离开来，起到保护作用。还可以有效滤除三次及三倍数谐波。 但由于变压器损耗等原因，导致系统的转化效率很低 ，而且增加了系统的复杂度，造价高并且变压器的体积较大，会使得整个系统显得较为笨重。图图1 传统光伏并网逆变器传统光伏并网逆变器一、传统光伏并网逆变

2、器一、传统光伏并网逆变器 结构如图结构如图1 1所示：所示： 无变压器光伏逆变器介绍无变压器光伏逆变器介绍优点： 具有体积小，成本低，效率高等优点。主要缺点：1.主电路与网侧没有电气隔离，安全 性不高。2.交流侧具有直流分量。3.电路中存在较大的共模电流。4.网侧谐波含量较大。图图2 无变压器光伏并网逆变器无变压器光伏并网逆变器无变压器光伏并网逆变器如图无变压器光伏并网逆变器如图2 2所示：所示：共模电流的问题共模电流的问题图图3 无变压器光伏逆变器共模电流无变压器光伏逆变器共模电流 图3中L1、L2为交流滤波电感、Cdm为差模滤波电容、Lcm为共模滤波电感、Ccm为共模滤波电容、CPVg为寄

3、生电容、Zg为接地点与电网的串联阻抗。共模电流产生原因： 去掉变压器使得电网和太阳能电池之间存在直接的电气连接。光伏板与大地之间存在杂散电容，提供了共模漏电流产生所需的导电回路，如图3所示：共模电流的问题共模电流的问题2UU2N1NCMU1221DUUUUNNM)(22112DCLLLLUUMDMMDMCMCMUUUtcm共模电压是逆变器输出与交流侧公共参考点N之间的平均电压UCM：差模电压UDM为逆变器输出之间的电压差：当差模阻抗不对称时，差模电压会产生一个等效的共模电压UCM-DM：电路中的总的共模电压Utcm为：图图4 共模等效电路共模等效电路共模电流的问题共模电流的问题共模电流对系统的

4、影响： 共模漏电流一方面会降低系统的发电质量和转换效率，带来严重的电磁干扰问题；另一方面会增加安全隐患。目前对共模漏电流抑制集中在三个方面： 优化逆变器电路结构、提出新的控制策略、在逆变器中应用新型电力电子器件。Z源逆变器的特点源逆变器的特点特点：1）利用X型LC网络能够实现单级升降压。2）不需要添加死区时间，可以避免由加入死区时间引起的波形畸变。3）同桥臂直通成为常态，增加了逆变器的抗干扰能力。图图5 单相单相Z源逆变器源逆变器三、单相三、单相Z Z源逆变器，电路结构如图源逆变器，电路结构如图5 5所示：所示：Z源逆变器的特点源逆变器的特点图图6 直通状态直通状态 图图7 非直通状态非直通状

5、态02iUUUUUUUCCLSCLSCCSLUUUUUU2iSSSXBUUUUBUU2D-11U-2U2m2mSCii逆变桥输出电压峰逆变桥输出电压峰 值和逆变桥直流链峰值电压值和逆变桥直流链峰值电压 如下：如下：XUiU图图6 直通状态直通状态 图图7 非直通状态非直通状态Z源逆变器的特点源逆变器的特点问题：如图8所示，在Z源逆变器启动时，由于电路直通，电容电压会瞬间冲到0.5Us，感容谐振会导致逆变器中的电感电流、电容电压大大超过稳态值，可能会损坏逆变器图图8 Z源逆变器的启动源逆变器的启动最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）四、最大功率点跟踪四、最大功率点跟踪( (MPPT) )v

6、 光伏电池的输出功率主要取决于太阳光照强度和工作温度。为了实现不同条件下光伏组件输出当前光照的最多的能量，提出了最大功率点跟踪技术。图图9 光伏电池电流（功率）光伏电池电流（功率）-电压曲线电压曲线曲线曲线1I-U曲线；曲线曲线；曲线2P-U曲线曲线图图10 光伏电池的温度特性光伏电池的温度特性最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）v MPPT策略是实时检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制算法预测当前工作情况下光伏阵列可以输出的最大功率，改变当前的阻抗满足最大功率输出。v 常用最大功率点跟踪算法： 1.扰动观察法 2.三点比较法 3.电导增量法 4.自适应模糊控制法 5.二次插值法最大功

7、率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）v 扰动观察法扰动观察法v 原理：引入一个小的变化进行观测，并与前一个状态进行比较，根据比较结果调节光伏组件的工作点，原理如图11所示：v 方法：第1步：改变光伏电池输出电压，并采样输出的电压电流。第2步：计算功率，并与上一次计算的功率比较。第3步：如果小于上次功率，应控制电压按原来相反的方向变化，大于则相反。保证了太阳能输出功率向增大的方向变化。图图11 扰动观察法原理扰动观察法原理最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）v 扰动观察法总结扰动观察法总结优点：（1）跟踪法简单，易于实现。（2）一般用硬件实现，对传感器精度要求不高。缺点：（1）在最大功率点

8、震荡运行会造成一定的功率损失。（2）跟踪步长无法兼顾响应速度和跟踪精度。 (3) 当光照变化较快时，算法可能会失效，导致判断错误。最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）v 三点比较法三点比较法 是对扰动观察法的一种改进，采用了变步长的控制策略。v 方法： 通过编程不断调整电压步长U对最大功率点进行判断和控制，最后利用阈值判断是否达到最优点。最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）a）当）当PA小于小于PB且且PB小于小于PC时时程序执行UB=UC;UA=UB-U;UC=UB+U表示起始工作点在最大功率点左侧的情况，实现的目的是把电压值沿着坐标轴向右移动，得到三个新的电压点，再进行功率的比

9、较，以此类推得到最大功率点所对应的电压。最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）b）当）当PA小于小于PB且且PB大于大于PC时时程序执行U= U-UD;UA=UB-U;UC=UB+U这种情况下，需要采用变步长调节来进一步缩小三点之间的距离，最终使三点控制在某一阈值内，这样就近似得到了最大功率点。最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）c）当）当PA大于大于PB且且PB小于小于PC时时程序执行UB=UA;UA=UB-U;UC=UB+U,表示起始工作点在最大功率点右侧的情况，实现的目的是把电压值沿着坐标轴向左移动，得到三个新的电压点，再进行功率比较，以此类推得到最大功率点所对应的电压。最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）v三点比较法